Uma tecnologia que forneça acesso instantâneo ao conhecimento, fusão do cérebro humano com a inteligência artificial e monitoramento em tempo real do sistema nervoso são objetivos futuros da neuronanorobótica, uma área científica recente e surpreendente que envolve nanotecnologia, neurociência, computação, robótica e eletrônica. Essa tecnologia promete transformar completamente a medicina, a educação, o trabalho e as relações humanas como conhecemos.

Em publicação na Frontiers in Neuroscience, uma colaboração internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Berkeley e do Instituto de Manufatura Molecular, em Palo Alto, na Califórnia, prevê que o progresso exponencial em nanotecnologia, nanomedicina, inteligência artificial e supercomputação deve levar ao desenvolvimento de uma “interface cérebro/nuvem” (B/CI), que conectará os neurônios e sinapses do cérebro a vasta rede de computação em nuvem em tempo real.

Ray Kurzweil, futurista e inventor, engenheiro do Google e fundador da Singularity University no Vale do Silício, foi o primeiro a sugerir e prever os nanorrobôs neurais – que foram então idealizados por Robert Freitas Jr., autor sênior da pesquisa e pioneiro na área de nanomedicina. Esses nanobots poderiam ser usados para conectar o neocórtex do cérebro humano a um “neocortex sintético” na nuvem. O neocórtex é a parte mais recente e inteligente do cérebro. Os nanorrobôs neurais propostos por Freitas devem fornecer monitoramento e controle direto e em tempo real dos sinais neurais.

“Os dispositivos navegariam pela vasculatura humana, atravessariam a barreira hematoencefálica e se autoposicionarão com precisão entre, ou internamente nos neurônios”, explica Freitas. “Eles devem transmitir, sem fio, informações codificadas de e para uma rede de supercomputadores baseada em nuvem para monitoramento do estado cerebral e extração de dados em tempo real. Esse córtex na nuvem permitirá o download de informações e de todo o conhecimento acumulado na internet “ao estilo de matriz” para o cérebro, afirma o grupo.

“Um sistema humano de interface cérebro-nuvem mediado por nanorobótica neural poderia capacitar os indivíduos para acesso instantâneo a todo o conhecimento humano cumulativo disponível na nuvem, melhorando significativamente as capacidades de aprendizagem humana e inteligência”, diz o autor principal Dr. Nuno RB Martins.

Futuramente a tecnologia B/CI – Brain/Cloud pode permitir criar um “supercérebro global” que conecte cérebros humanos individuais e IAs para possibilitar o pensamento coletivo.

“Embora ainda não seja particularmente sofisticado, um sistema humano experimental ‘BrainNet’ já foi testado, permitindo a troca de informações por pensamentos através da nuvem entre cérebros individuais”, explica Martins. “Ele usava sinais elétricos registrados através do crânio do ‘remetente’ e estimulação magnética através do crânio do ‘receptor’, permitindo a execução de tarefas cooperativas.

“Com o avanço da neuronanorobótica, vislumbramos a futura criação de ‘supercérebros’ que podem aproveitar os pensamentos e o poder computacional de cérebros humanos de qualquer indivíduo e das máquinas em tempo real. Essa cognição compartilhada poderia revolucionar a democracia, melhorar a empatia e, finalmente, unir os grupos em uma sociedade verdadeiramente global “.

De acordo com as estimativas do grupo, os supercomputadores existentes já têm velocidades de processamento capazes de manipular os volumes necessários de dados neurais para uma interface cérebro-nuvem — e eles estão se tornando cada vez mais rápidos.

O desafio para o desenvolvimento de uma interface com a nuvem seria a transferência de dados neurais de/e para supercomputadores na nuvem. “O desafio inclui não apenas encontrar a largura de banda larga exata para a transmissão global de dados”, adverte Martins, “mas também como ativar a troca de dados com os neurônios por meio de pequenos dispositivos embutidos no cérebro”.

Uma solução proposta pelos autores é o uso de ‘nanopartículas magnetoelétricas’ para efetivamente ampliar a comunicação entre os neurônios e a nuvem.

“Essas nanopartículas já foram usadas em camundongos vivos para acoplar campos magnéticos externos a campos elétricos neuronais – isto é, para detectar e amplificar sinais magnéticos localmente e assim permitir que eles alterem a atividade elétrica dos neurônios”, explica Martins. “Isso também poderia funcionar ao contrário: sinais elétricos produzidos por neurônios e nanorrobôs poderiam ser amplificados, via nanopartículas magnetoelétricas, para permitir sua detecção fora do crânio.”

Obter essas nanopartículas – e nanorrobôs – com segurança no cérebro através da circulação é o principal desafio para criar uma interface desse porte. No entanto, existe um projeto de uma nanofábrica molecular, sob direção do nanocientista, Robert Freitas Jr, autor do paper mencionado, em pleno desenvolvimento, na cidade de Palo Alto. Nanosensores baseados em FET Field-Effect Transistor, foram propostos para serem usados nos nanorrobôs e discutidos extensivamente em outros artigos científicos e na tese de doutorado do Dr. Nuno Martins.

Um dos projetos em desenvolvimento envolve neuronanorrobôs da ordem de 10 micrômetros fabricados com diamantoides, que fornecem um sistema in vivo, não-destrutivo, em tempo real, seguro, de longo prazo e virtualmente autônomo, capaz de realizar a primeira interface cérebro-nuvem funcional. Cada nanoneurobot deve carregar cerca de 100 nanosensores elétricos baseados em FET, da ordem aproximada de 3375nm3 cada, organizados em grupos de dez nanossensores, distribuídos ao longo do perímetro do dispositivo. Enquanto monitora os potenciais de ação, um grupo de dez nanosensores deve estar próximo da membrana do axônio, separados por cerca de 40nm um do outro. Os nanossensores baseados em FET são capazes de registrar potenciais intracelularmente em neurônios usando nanofios torcidos proporcionando alta relação sinal ruído e alta resolução. Esses nano sensores possuem um nanotubo de carbono (“Gate”) que liga o eletrodo de uma fonte (“S”) e o dreno (“D”). O sensor também inclui um voltímetro e um amperímetro e recebe energia de uma bateria conectada por nanofios.

“Uma análise detalhada da biodistribuição e biocompatibilidade das nanopartículas é necessária antes que possam ser consideradas para o uso em humanos. No entanto, com essas e outras tecnologias promissoras para interfaces B/CI se desenvolvendo em um tempo cada vez menor, uma ‘internet de pensamentos’ pode se tornar uma realidade muito antes da virada do século “, conclui Martins.

A corrida neurotecnológica por interfaces neurais está em plena ascensão, com projetos semelhantes idealizados pela Neuralink, do bilionário Elon Musk, e pelo Facebook que também projeta uma interface capaz de registrar sinais neurais e comunicação através do pensamento na rede social. Um pesquisador brasileiro, esse que vos escreve, está envolvido com o grupo liderado pelo Dr. Nuno Martins e é o primeiro a divulgar o tema no Brasil. O grupo está baseado no Center for Research and Education on Aging (CREA), vinculado ao Lawrence National Berkeley Lab e financiado pelo Departamento de Energia dos EUA.